220 kV變電站UPS電源系統(tǒng)改造實踐

孫 君

（廣東電網(wǎng)公司梅州供電局，廣東 梅州 514011)

交流不間斷電源系統(tǒng)(uninterruptible power system，以下簡稱UPS)是一種在設(shè)備遇到非計劃停電時能夠緊急取代外接電源，保持穩(wěn)定、不間斷和高品質(zhì)電力供應(yīng)的成熟可靠的電源系統(tǒng)，是調(diào)度及變電站自動化系統(tǒng)的關(guān)鍵電源設(shè)備。

UPS電源系統(tǒng)的可靠性不僅取決于產(chǎn)品本身質(zhì)量的好壞，還取決于其接線方式是否合理。某220 kV變電站UPS電源系統(tǒng)原來采用雙機主從串聯(lián)、互為備用的運行接線方式。隨著變電站內(nèi)設(shè)備的更新和完善，該系統(tǒng)已不能完全滿足安全運行的需求，也不符合新的技術(shù)規(guī)范的要求，需要對其進行改造。

1 運行現(xiàn)狀

改造前，該變電站配置2臺南京恒達奧克科技有限責(zé)任公司生產(chǎn)的RB-5000AP型UPS電源，采用雙機主從串聯(lián)、互為備用的接線方式，共輸出16路220 V交流饋線回路，如圖1所示。

1.1 工作原理

正常運行時，UPS主機處于運行帶負載狀態(tài)，UPS從機作為備份機不帶負載。當(dāng)交流電源Ⅰ(Z11)失電時，UPS主機自動無延時轉(zhuǎn)為直流電源Ⅰ(Z12)供電。若UPS主機發(fā)生交直流輸入同時失電，則自動無延時轉(zhuǎn)為內(nèi)部旁路回路供電狀態(tài)，此時負載由UPS從機負擔(dān)。若主、從機同時故障退出運行，則可以手動切換至旁路回路供電狀態(tài)。

1.2 運行風(fēng)險分析

主機的負荷主要是變電站自動化系統(tǒng)工程師站和操作員站、1號調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)交換機、“五防”工作站、1號城域網(wǎng)交換機和電度采集裝置等。其中，變電站自動化系統(tǒng)工程師站和操作員站等為單電源冗余配置，其余為單電源非冗余配置。

當(dāng)饋電母線或輸出開關(guān)Z14故障時，都會導(dǎo)致所有負荷失電，從而失去設(shè)備雙重配置的意義。主、從機同時故障時，需要手動切換旁路回路進行供電，不滿足調(diào)度及變電站自動化系統(tǒng)電源不能中斷的要求。

圖1 主從機并聯(lián)接線原理

投運初期，設(shè)備還不完善，UPS系統(tǒng)采用這種接線方式有其一定的經(jīng)濟性和合理性。但是隨著時間推移，該變電站內(nèi)逐步配置了2號調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)交換機、2號城域網(wǎng)交換機、環(huán)境監(jiān)控裝置、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)縱向認證裝置、火災(zāi)報警系統(tǒng)與門禁系統(tǒng)等設(shè)備，對UPS系統(tǒng)可靠性的要求提高，因此需要對原有的UPS系統(tǒng)進行改造。

2 改造方案

2.1 接線方式的要求

根據(jù)《廣東電網(wǎng)公司調(diào)度及變電站自動化系統(tǒng)用交流不間斷電源系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范(2009版)》(以下簡稱《技術(shù)規(guī)范》)，接線方式有如下要求：

(1)對于220 kV變電站的UPS宜采用雙機雙母線帶母聯(lián)運行接線方式，母聯(lián)開關(guān)應(yīng)具有防止2段母線帶電時閉合母聯(lián)開關(guān)的防誤操作措施(可采用加鎖等方式)，手動旁路開關(guān)應(yīng)具有防誤操作的閉鎖措施；

(2)由UPS電源供電的設(shè)備應(yīng)遵循負載均分原則，雙電源供電的設(shè)備應(yīng)分別取自UPS電源系統(tǒng)的2段輸出母線，單電源冗余配置的設(shè)備應(yīng)分別接到UPS電源輸出的2段母線上；

(3)由UPS電源系統(tǒng)供電的所有設(shè)備應(yīng)采用1路饋線開關(guān)對應(yīng)1臺設(shè)備的方式，且該路饋線開關(guān)不得與其他設(shè)備公用。

2.2 改造方案1

按照《技術(shù)規(guī)范》的要求，在不動原來屏體的基礎(chǔ)上，拆除2臺機之間的并機線和備份輸入線，并且將UPS主機的并機接線端子JP1，JP2短接(UPS從機JP1，JP2接線端子已短接)恢復(fù)其單機工作狀態(tài)。在主機屏加裝1個母聯(lián)開關(guān)Z15，作為2臺UPS饋電母線之間的聯(lián)絡(luò)開關(guān)，從而把主從串聯(lián)、互為備用的運行系統(tǒng)改為雙機雙母線帶母聯(lián)的運行系統(tǒng)，如圖2所示。

圖2 方案1接線原理

方案1滿足《技術(shù)規(guī)范》中220 kV變電站的UPS接線要求。正常運行時，母聯(lián)開關(guān)Z15斷開，2臺UPS帶各自負載運行。若其中1臺UPS需要檢修或者維護退出運行時，可以合上母聯(lián)開關(guān)Z15為停電UPS所帶的饋電母線供電，從而提高了系統(tǒng)運行可靠性。但若此時停電UPS所帶的饋電母線發(fā)生故障，母聯(lián)開關(guān)恰好拒動，就會使運行UPS的交流輸出開關(guān)跳閘，造成全部停電的事故。

2.3 改造方案2

為了克服方案1的不足，在從機屏加裝母聯(lián)開關(guān)Z25，與原母聯(lián)開關(guān)Z15串聯(lián)，如圖3所示。

圖3 方案2接線原理

由于2個母聯(lián)開關(guān)同時拒動的情況極少，可以忽略不計，這樣當(dāng)一個母聯(lián)開關(guān)拒動時，另一個母聯(lián)開關(guān)可以動作跳閘，從而最大限度減少停電范圍。因此，方案2的可靠性比方案1更高。但是，若此時運行UPS所帶的饋電母線發(fā)生故障，2個母聯(lián)開關(guān)同樣不起作用，這樣還是會造成交流輸出開關(guān)跳閘，造成全部停電的事故。

2.4 改造方案3

為了進一步克服方案2的不足，在UPS2屏中增設(shè)了手動旁路回路，如圖4所示。這樣即使運行UPS所帶的饋電母線發(fā)生故障而造成全部停電的事故，此時仍可以快速斷開母聯(lián)開關(guān)，合上停電UPS的旁路開關(guān)向停電的饋電母線供電，從而減少停電范圍。

由此可見，方案3采用直接冗余并機供電的方式，克服了串聯(lián)型熱備份冗余系統(tǒng)的一些缺點，可最大限度地提高UPS的可靠性，實現(xiàn)不停電維護。其接線方式簡單經(jīng)濟，是適合本次改造工程的最佳方案。

圖4 方案3接線原理

3 改造施工

3.1 施工前準(zhǔn)備

施工前需要從人員、設(shè)備、資料和安全措施方面做好相應(yīng)的準(zhǔn)備。

(1) 人員方面。由工作經(jīng)驗豐富、技術(shù)水平較高的人員擔(dān)任工作負責(zé)人，其他人員配合工作。

(2) 設(shè)備方面。向物流部門申請，購買適量的電纜、絕緣膠布和空氣開關(guān)。要求空氣開關(guān)容量不小于40 A/250 V AC。

(3) 資料方面。繪制好接線圖紙，做好負荷分配計算。對于環(huán)境監(jiān)控裝置、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)縱向認證裝置等雙電源設(shè)備，其雙路電源應(yīng)分別接到UPS電源輸出的2段母線上；對于變電站自動化系統(tǒng)工程師站和操作員站、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)交換機、城域網(wǎng)交換機等單電源冗余配置的設(shè)備，其2臺設(shè)備也應(yīng)當(dāng)分別接到UPS電源輸出的2段母線上；對于火災(zāi)報警系統(tǒng)、“五防”工作站、門禁系統(tǒng)、電度采集裝置等單電源非冗余配置的設(shè)備，應(yīng)根據(jù)負載均分原則接到UPS電源輸出的2段母線的其中一段上。

(4) 安全措施方面。此次改造施工中最大的危險點在于誤碰運行中的設(shè)備而造成交直流短路，因此需要填寫第二種工作票，做好安全交底和危險點分析工作，確保施工順利進行。

3.2 改造施工過程

3.2.1 從機屏改造

因從機屏沒帶負荷，可以對其進行停電改造。

(1) 斷開交流輸出Ⅱ開關(guān)Z24，再關(guān)閉UPS從機裝置，然后斷開交流輸入Ⅱ開關(guān)Z21和直流輸入開關(guān)Z22。

(2) 解開交流輸出Ⅱ開關(guān)Z24至UPS主屏的接線和并機線，并用絕緣膠布包好。

(3) 將交流輸出Ⅱ開關(guān)Z24改接至饋電母線Ⅱ，在屏內(nèi)加裝手動旁路輸入Ⅱ開關(guān)Z23。

(4) 在屏內(nèi)加裝母聯(lián)開關(guān)Z25，通過新布線將母聯(lián)開關(guān)Z25上端與饋電母線Ⅱ相連。

(5) 與關(guān)機相反的順序恢復(fù)UPS2(原UPS從機)帶電運行，對UPS2的切換功能進行測試。

3.2.2 UPS主機屏改造

因UPS主機屏帶負荷，對其實施帶電改造。(1) 合上手動旁路輸入Ⅰ開關(guān)Z13，將負荷轉(zhuǎn)為手動旁路回路供電，檢查確認負荷切換正常。

(2) 斷開交流輸出Ⅰ開關(guān)Z14，再關(guān)閉UPS主機裝置，然后再斷開交流輸入Ⅰ開關(guān)Z11和直流輸入Ⅰ開關(guān)Z12。

(3) 解開備份輸入接線和并機線，用絕緣膠布包好后慢慢拆除，然后將并機接線端子JP1，JP2用短接線短接。

(4) 在屏內(nèi)加裝母聯(lián)開關(guān)Z15，通過新布線將母聯(lián)開關(guān)Z15上端與饋電母線Ⅰ相連。

(5) 按照與關(guān)機相反的順序恢復(fù)UPS1(原UPS主機)帶載運行，斷開手動旁路開關(guān)Z13，對UPS1的切換功能進行測試。

3.2.3 兩屏間接線

兩屏有饋電母線之間的接線，因此必須要做好母線間L線和N線的核對工作。

(1) 從UPS1屏將母聯(lián)開關(guān)Z15(斷開狀態(tài))下端通過新布線連接至UPS2屏的母聯(lián)開關(guān)Z25(斷開狀態(tài))下端，暫不接入。

(2) 合上母聯(lián)開關(guān)Z15，Z25，用萬用表分別測量母聯(lián)開關(guān)Z25下端以及新布線，甄別出各自的L線和N線并做好標(biāo)記。

(3) 斷開2個母聯(lián)開關(guān)，再按照標(biāo)記將對應(yīng)的L線和N線接好；打印“禁止合閘”標(biāo)簽將母聯(lián)開關(guān)和旁路開關(guān)封好，以免誤操作。

3.2.4 轉(zhuǎn)移負載

上述工作結(jié)束后，雙機雙母線帶母聯(lián)接線方式已改造完成，開始轉(zhuǎn)移負載。需要注意的是，開工前設(shè)備需先關(guān)機，然后才能轉(zhuǎn)接電源線，因此應(yīng)該先征得涉及停電設(shè)備管理部門的同意。

(1) 經(jīng)過測算，所有需要轉(zhuǎn)移的電源線在施工時預(yù)留的電纜長度都足夠改接至UPS2屏，無需重新布線。

(2) 為減少上述自動化設(shè)備的停電時間，應(yīng)在停電前先完成解開電纜扎線、打開封堵和電纜蓋板等準(zhǔn)備工作。

(3) 將變電站自動化系統(tǒng)工程師站II和操作員站II、 2號城域網(wǎng)交換機和2號調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)交換機關(guān)機，再將UPS1屏的電源線改接至UPS2屏。改接完成后立即開機，恢復(fù)其工作狀態(tài)。

(4) 按上述方法將原屏環(huán)境監(jiān)控裝置、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)縱向認證裝置等雙電源設(shè)備逐個轉(zhuǎn)接至UPS2屏，轉(zhuǎn)接完一個馬上恢復(fù)送電，然后再轉(zhuǎn)接下一個。

(5) 按照負荷均分的原則，將火災(zāi)報警系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)電源轉(zhuǎn)接至UPS2屏，原“五防”工作站和電度采集裝置電源保持不變。

(6) 所有工作完成后，應(yīng)用帶絕緣的清掃工具進行清掃，注意和帶電部分保持足夠的安全距離，避免誤碰設(shè)備元件而造成短路和開路。

1 GB 26860-2011電業(yè)安全工作規(guī)程(發(fā)電廠和變電站電氣部分)[S].

2 Q/CSG 10004-2004電氣工作票技術(shù)規(guī)范(發(fā)電、變電部分)[S].